一種用于關(guān)節(jié)軟骨修復的紅外響應高強水凝膠的制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于關(guān)節(jié)軟骨修復的紅外響應高強智能水凝膠的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水凝膠具有一種柔軟而富有彈性的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，可以為細胞的增殖與分化提供更接近于天然軟骨細胞外基質(zhì)的微環(huán)境，是軟骨組織修復的一種理想材料。
[0003]在促進軟骨修復過程中，傳統(tǒng)負載于水凝膠中的生長因子不能按照修復需求控制釋放，是制約水凝膠應用于軟骨修復的一個重要問題。近年來，光響應型水凝膠因其具有感應外界環(huán)境變化，具有外界刺激-響應控制因子釋放的智能性，受到越來越多的關(guān)注。但現(xiàn)有的光響應型水凝膠存在兩大缺陷:1、生物相容性欠佳不宜用于軟骨修復。例如，金納米材料具有毒性，不能植入體內(nèi)；碳納米管、石墨烯及其衍生物作為碳的無機物，長期植入存在潛在毒性的隱患。2、力學強度差，不適于軟骨修復的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用于關(guān)節(jié)軟骨修復的紅外響應高強水凝膠的制備方法。該方法制備出的紅外響應高強水凝膠，具有良好的生物相容性且力學性能優(yōu)異，在關(guān)節(jié)軟骨修復領域具有良好的應用前景。
[0005]本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種用于軟骨修復的紅外響應高強水凝膠的制備方法，其具體步驟如下:
[0006]—種用于軟骨修復的紅外響應高強水凝膠的制備方法，其具體步驟如下:
[0007]A.多糖或蛋白的雙鍵化改性
[0008]將多糖或蛋白充分溶于緩沖液中，再向緩沖液中加入甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酐或甲基丙烯酸酯類物質(zhì)，使緩沖液中多糖或蛋白的濃度為3-200mg/ml，甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酐或甲基丙烯酸酯類物質(zhì)的濃度為2-60mg/ml ;6_24h后沉降或透析、然后干燥，即得到含有雙鍵化改性的多糖或蛋白；
[0009]B.智能水凝膠的制備
[0010]B1.將聚多巴胺納米顆粒、N-異丙基丙烯酰胺和A步得到的雙鍵化改性的多糖或蛋白共同溶解于去離子水得混合液，混合液中聚多巴胺納米顆粒的濃度為0.l-10mg/ml,N-異丙基丙烯酰胺的濃度為80-200mg/ml，雙鍵化改性的多糖或蛋白的濃度為10_200mg/ml ；
[0011]B2.將BI步的混合液加入交聯(lián)劑，使混合液中交聯(lián)劑的濃度為0.1-0.5wt% ；
[0012]再加入光引發(fā)劑，使混合液中光引發(fā)劑的的濃度為0.05-lwt% ;然后，在惰性氣體保護和紫外燈照射下，進行3-45min的光聚合得到水凝膠材料；
[0013]或者，再加入熱引發(fā)劑，使混合液中熱引發(fā)劑的濃度為l_5wt% ;然后，在惰性氣體保護下進行l(wèi)_24h的熱聚合得到水凝膠材料；
[0014]B3.將B2步所得的水凝膠材料在水中浸泡3-14天，即得到智能水凝膠；
[0015]C.生長因子裝載
[0016]將B步的智能水凝膠冷凍、干燥得到微孔結(jié)構(gòu)的水凝膠支架，再將水凝膠支架浸泡于促軟骨生長因子溶液中，充分溶脹后即得。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0018]—、多糖或蛋白通過甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酐、甲基丙烯酸酯類物質(zhì)進行雙鍵化改性后，使其側(cè)鏈帶有雙鍵基團，將原本難以聚合成形的多糖或蛋白能夠聚合形成水凝膠。在引發(fā)劑和交聯(lián)劑的作用下，N-異丙基丙烯酰胺、雙鍵化改性的多糖或蛋白原位聚合形成雙網(wǎng)絡高強度水凝膠，其力學性能顯著提高。
[0019]二、該方法中的聚多巴胺納米顆粒具有高效光熱轉(zhuǎn)換效應，通過感應紅外光照的信息變化，使得光能轉(zhuǎn)化為熱能，繼而使溫敏型N-異丙基丙烯酰胺收縮，改變水凝膠狀態(tài)，使其具有良好的光響應性。較之金納米材料、碳納米管、石墨烯及其衍生物等現(xiàn)有紅外響應性材料，聚多巴胺納米顆粒具備優(yōu)異的生物相容性、組織粘附性。同時，構(gòu)成水凝膠的雙網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的主要成份為天然高分子的多糖或蛋白，進一步提高了水凝膠的生物相容性。使得制備出的水凝膠具有優(yōu)良的生物相容性，長期植入體內(nèi)不存在毒性隱患，可用于軟骨修復。
[0020]三、聚多巴胺納米顆粒對生長因子的親和性良好，能夠?qū)⑸L因子很好地負載于水凝膠中，保護了生長因子的活性，能更好、更持久地促進軟骨的修復。
[0021]進一步，本發(fā)明的甲基丙烯酸酯類物質(zhì)為甲基丙烯酸縮水甘油酯或2-氨基乙基甲基丙烯酰酯。
[0022]本發(fā)明使用的多糖為海藻酸鈉、氧化海藻酸鈉、殼聚糖、羧甲基殼聚糖、硫酸軟骨素或透明質(zhì)酸；本發(fā)明使用的蛋白為明膠或膠原。
[0023]本發(fā)明的熱引發(fā)劑為過硫酸銨和N，N，N’，N’ -四甲基二乙胺組成的引發(fā)體系或過硫酸鉀和N, N，N，，N，-四甲基二乙胺組成的引發(fā)體系；光引發(fā)劑為Irgacure2959,Irgacure651、Irgacurel84或Irgacure500 ;所述的交聯(lián)劑為甲叉雙丙稀酰胺或聚乙二醇二丙烯酸酯。
[0024]本發(fā)明的促軟骨生長因子可以為轉(zhuǎn)化生長因子TGF-β l、TGF-0 2或TGF-0 3，
[0025]本發(fā)明的促軟骨生長因子也可以為胰島素樣生長因子IGF-1或IGF-1I。
[0026]本發(fā)明的促軟骨生長因子也可以為堿性成纖維生長因子bFGF ;
[0027]本發(fā)明的促軟骨生長因子還可以為骨形態(tài)發(fā)生蛋白BMP-2或BMP-7。
[0028]本發(fā)明的步驟A中，在向緩沖液中加入甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酐或甲基丙烯酸酯類物質(zhì)之前，先向緩沖液中加入多糖或蛋白0.1倍摩爾量的羥基琥珀酰亞胺(NHS)及多糖或蛋白0.1-0.2倍摩爾量的1-(3- 二甲氨基丙基)一 3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)。
[0029]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的描述。
【具體實施方式】
[0030]實施例1
[0031]—種用于軟骨修復的紅外響應高強水凝膠的制備方法，其具體步驟如下:
[0032]A.殼聚糖的雙鍵化改性
[0033]將殼聚糖充分溶于緩沖液中，再向緩沖液中加入甲基丙烯酸縮水甘油酯，使緩沖液中殼聚糖的濃度為10mg/ml，甲基丙烯酸縮水甘油酯的濃度為2mg/ml ；6h后沉降或透析、然后干燥，即得到含有雙鍵化改性的殼聚糖；
[0034]B.智能水凝膠的制備
[0035]B1.將聚多巴胺納米顆粒、N-異丙基丙烯酰胺和A步得到的雙鍵化改性的殼聚糖共同溶解于去離子水得混合液，混合液中聚多巴胺納米顆粒的濃度為0.lmg/ml，N-異丙基丙烯酰胺的濃度為80mg/ml，雙鍵化改性的殼聚糖的濃度為200mg/ml ;
[0036]B2.將BI步的混合液加入交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺，使混合液中甲叉雙丙烯酰胺的濃度為0.4wt% ;
[0037]再加入光引發(fā)劑Igucure2959，使混合液中光引發(fā)劑Igucure2959的的濃度為0.05wt% ;然后，在惰性氣體保護和紫外燈照射下，進行45min的光聚合得到水凝膠材料；
[0038]B3.將B2步所得的水凝膠材料在水中浸泡3天，即得到智能水凝膠。
[0039]C.生長因子裝載
[0040]將B步的智能水凝膠冷凍、干燥得到微孔結(jié)構(gòu)的水凝膠支架，再將水凝膠支架浸泡于轉(zhuǎn)化生長因子TGF-β I溶液中，充分溶脹后即得。
[0041]實施例2
[0042]—種用于軟骨修復的紅外響應高強水凝膠的制備方法，其具體步驟如下:
[0043]A.羧甲基殼聚糖的雙鍵化改性
[0044]將羧甲基殼聚糖充分溶于緩沖液中，使緩沖液中羧甲基殼聚糖的濃度為12mg/ml，加入羧甲基殼聚糖0.1倍摩爾量的NHS和羧甲基殼聚糖0.1倍摩爾量的EDC ;再向緩沖液中加入甲基丙烯酸縮水甘油酯，使緩沖液中甲基丙烯酸縮水甘油酯的濃度為12mg/ml ;24h后沉降或透析、然后干燥，即得到含有雙鍵化改性的羧甲基殼聚糖；
[0045]B.智能水凝膠的制備
[0046]B1.聚多巴胺納米顆粒、N-異丙基丙烯酰胺和A步得到的雙鍵化改性的羧甲基殼聚糖共同溶解于和A步得到的雙鍵化改性